虚拟样机Adams作业尖端摆动从动件凸轮机构设计.docx

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虚拟样机Adams作业尖端摆动从动件凸轮机构设计

《产品设计与虚拟样机》

2013-11-26

尖端摆动从动件凸轮机构设计

北京航空航天大学机械工程及自动化学院（北京100191）

摘要

摆动从动件凸轮机构的设计通常采用的方法为反转法。

在ADAMS中对凸轮机构的设计，需要对从动件添加运动规律函数，通过从动件与凸轮接触点位移曲线求解出凸轮轮廓曲线，再拉伸得到凸轮；而对于摆动件凸轮，若摆杆采用直杆，在仿真过程中，摆杆会与凸轮相交，因此摆杆设计为曲形，这样保证摆杆与凸轮接触基本是同一点接触且不会存在相交干涉，若依旧采用直杆作为摆杆，由于接触点是变动的，接触点曲线法不能得出凸轮的正确轮廓，应该在从动件上添加一条标志曲线，通过运动过程中标志曲线的包络线来得到凸轮轮廓，然后再获得凸轮。

关键词：

摆动从动件凸轮机构；ADAMS；接触点；凸轮轮廓曲线；标志曲线

1摆动从动件凸轮机构设计要求

1.1题目设计要求

试设计如图0.1所示的尖端摆动从动件凸轮机构。

已知摆杆

在起始位置时垂直于

，

，

，凸轮以等角速度

逆时针转动。

摆动从动件的运动规律为

式中，

，

，

，

，

表示时间。

图1斜面机构

1.2仿真思路

对于摆动杆凸轮的设计，由于接触点随着凸轮运动而在摆杆上变动位置，采用直动杆凸轮的设计时的接触点曲线法得到的凸轮轮廓就不准确。

这时应该采用接触线包络线法，在摆杆上添加接触线，通过运动过程中接触线的包络曲线，得到凸轮轮廓曲线。

这样的凸轮才能满足摆杆的实际运动特点，即摆杆与凸轮轮廓相切。

2建立虚拟样机模型

2.1初始参数设置

2.1.1工作空间及网格设置

根据题目数据条件，可直接采用系统预设的工作空间及网格设置，操作步骤如下图所示。

图2工作空间及网格设定过程及结果

2.1.2单位设置

根据题目数据要求，采用合适的单位，单位设置过程如下所示：

图3单位设置过程及结果

2.2创建摆杆凸轮模型

在（80,40）位置创建Mark点，操作过程如下图所示：

图4Mark点创建

创建长为80mm摆杆，操作过程如下所示

图5摆杆的创建

添加转动副，操作过程如下图所示：

图6转动副的添加

创建凸轮的板，如下图所示，

图7创建凸轮板

同时如图6所示的方法加上转动副，结果图如下

图8凸轮板添加旋转副

2.3添加运动规律函数

对凸轮板转动副添加驱动角速度，其值为

。

则摆杆运动的时间范围分别为（0，6）s、（6，11）s、（11，12）s，时间节点为6s和11s。

图9凸轮板角速度的添加

对摆杆转动副添加驱动角速度，添加过程和图9一样，对角速度值使用IF函数。

由于IF函数只能表示一个时间节点下的运动规律，而本题中摆杆的摆角规律有2个时间节点，经过思考，我发现可以用IF函数嵌套来实现多个节点的IF函数表达。

将凸轮等角速度ω的值

带入公式，可以得出摆杆转动副的驱动规律可表达为

IF（time-11:

IF（time-6:

-30d*（time/6-sin（60*time）/（2*180））,-30d,-30d*（（11-time）/5+sin（72*time-12*36）/（2*180）））,0,0）

具体过程如下图所示：

图10从动件驱动值的修改

2.4建立凸轮（从动件为无干涉曲杆）

对创建好的模型进行运动仿真，仿真时间为12s，步长设定为500。

仿真完成后依次选择工具栏选项Review->CreateTraceSpline，并选中摆杆接触点和凸轮板，得到轮廓曲线。

凸轮的轮廓线如下图所示

图11凸轮轮廓线图

将轮廓线拉伸成凸轮实体，同时删除之前的凸轮板。

图12拉伸凸轮过程

图13凸轮板删除过程

删除凸轮板和摆杆驱动规律。

在摆杆和凸轮之间添加凸轮副，得到凸轮机构的模型。

图14凸轮副添加过程

建立测量曲线，测量从动杆随凸轮运动的摆角曲线，得到如下结果。

图15从动杆摆角曲线

从上图中可以看出，摆杆运动的角度符合题目中给定的要求。

但是在运动过程中，发现摆杆为直杆情况下，接触点始终与凸轮轮廓保持接触，这就导致摆杆在运动过程中出现与凸轮体相交的情况。

因此，对于摆动件凸轮，若摆杆采用直杆，在仿真过程中，摆杆会与凸轮相交，摆杆设计为曲形，这样保证摆杆与凸轮接触基本是同一点接触且不会存在相交干涉；若依旧采用直杆作为摆杆，由于接触点是变动的，接触点曲线法不能得出凸轮的正确轮廓，应该在从动件上添加一条标志曲线，通过运动过程中标志曲线的包络线来得到凸轮轮廓，然后再获得凸轮。

2.5检查模型

完成建模后，进行如下图所示的操作。

图中显示建模成功。

图12检查模型过程图

通过图12可以看出，该模型具有2个固定件，1个运动副,6个自由度。

这是因为球体与斜面之间的接触副只起到限制球体运动方向的作用，并不能约束球体的自由度，因此该模型仍有6个自由度。

球体在垂直屏幕方向不受其他作用力，仅在平行屏幕方向上进行运动，因此模型检查成功。

参考文献:

【1】郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京:

北京航空航天大学出版社,2009年2月.